本田開發(fā)鋼與鋁合金的接合技術(shù),并在新款“雅閣”上應(yīng)用

1、本田開發(fā)鋼與鋁合金的接合技術(shù)，并在新款“雅閣”上應(yīng)用 接合不同材料技術(shù)的開發(fā)日趨火熱。因?yàn)檫@是通過削減部件數(shù)量來降低成本及實(shí)現(xiàn)輕量化的關(guān)鍵技術(shù)。 在這些技術(shù)中，有本田開發(fā)出的可將鋼和鋁合金牢固地接合起來的技術(shù)。雖不是焊接，但卻能夠與焊接一樣使兩種金屬線（連續(xù)）接合，因此能用于要求高強(qiáng)度的構(gòu)件對(duì)強(qiáng)度要求高的結(jié)構(gòu)部件。本田將這一新型接合技術(shù)應(yīng)用在了2012年9月上市的新款“雅閣”的前部副車架（以下稱副車架）上（圖1）。這是該技術(shù)在全世界首例成功的量產(chǎn)應(yīng)用。圖1 新款“雅閣”的前副車架后梁改用鋁Al合金的同時(shí)，利用異種金屬接合技術(shù)使之與鋼制側(cè)梁直接接合。由此重量比原來減輕了25（6kg）。而原來這兩

2、個(gè)部件一直是用8顆螺釘緊固在一起的。此前，汽車領(lǐng)域?qū)摵虯l鋁合金的接合，都是或使用粘合劑和鉚釘，或是利用摩擦熱做點(diǎn)（Spot）接合。前一種方法存在構(gòu)造復(fù)雜、成本較高的問題，而后一種方法由于是點(diǎn)接合，所以也存在接合強(qiáng)度低，不能用于構(gòu)件的缺陷結(jié)構(gòu)部件的課題。本田在雅閣以前的車型上一直使用螺釘來緊固的方法。 與摩擦攪拌不同的接合原理 新型接合技術(shù)使用英國(guó)焊接研究所（TWI）開發(fā)，摩擦攪拌焊接（FSW）工藝的專用工具，這種工具采用在圓筒狀工具的前端帶有稱為探頭的突起部的設(shè)計(jì)。然而，其接合原理卻與通常的FSW不同。FSW在按壓高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭工具的同時(shí)，會(huì)使之沿接合面移動(dòng)。由此，利用由摩擦熱生產(chǎn)的塑性

3、流動(dòng)，攪拌兩種金屬使之融為一體從而接合起來1。 1 多為輕合金之間的接合。 而本田開發(fā)的新型接合技術(shù)沒有利用塑性流動(dòng)實(shí)現(xiàn)一體化。其結(jié)合力主要“是由金屬鍵合獲得”，本田技術(shù)研究所四輪R&D中心企劃室第0小組主任研究員宮原哲也說。下面就以副車架及其接合工序?yàn)槔齺砜匆幌逻@項(xiàng)新技術(shù)。 副車架的前方（前梁和側(cè)梁）由拉伸接伸強(qiáng)度高達(dá)270MPa的鋼板制，而后方（后梁）是Al鋁合金制。一部分采用Al合金，意在盡量抑制成本上升的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化。前方為以MIG（金屬惰性氣體）焊接的多個(gè)沖壓件的大型沖壓件，實(shí)施了防銹涂裝。后方為鋁壓鑄件。 在接合工序中，首先將大型沖壓件放到工作臺(tái)上，并在其上覆蓋硅制片材。這是為了

4、防止因水等侵入鋁Al合金與鋼之間而發(fā)生異種金屬接觸腐蝕（電蝕）。之后，在該片材上放置鋁壓鑄件并用夾具固定。接著，令工具高速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)以1tf的力按壓鋁壓鑄件上的欲接合部分（圖2）。這里鋁壓鑄件的板厚為3mm。攪拌針的長(zhǎng)度為3mm多。于是，攪拌針進(jìn)入壓鑄件的內(nèi)部，以摩擦熱來攪拌鋁Al合金。同時(shí)，攪拌針探頭的尖端可剝除鋼制大型沖壓件表面上的涂膜及氧化膜。攪拌針探頭長(zhǎng)達(dá)3mm多的原因就在于此。始終不攪拌鋼材這一點(diǎn)與原來的FSW大為不同。圖2 工具和接合部在鋼板與其上的鋁合金板之間夾著一層防止電蝕的硅制片材并固定。接著，將高速旋轉(zhuǎn)的工具壓向Al鋁合金，同時(shí)令工具直線移動(dòng)。探頭攪拌針沒入Al合金內(nèi)，看不

5、見。由此就會(huì)連接接合，獲得與MIG焊接同等以上的牢固接合力。接合部位合計(jì)有10處。 攪拌鋁合金壓鑄件時(shí)，其內(nèi)部含有的微少空氣會(huì)從探頭通過的軌道（接合面）被驅(qū)離鑄件。由此，接合面會(huì)出現(xiàn)活性高的新生面。而另一方面，大型沖壓件的接合面也會(huì)隨著涂膜及氧化膜的剝除而露出新生面2。其結(jié)果，在接合面上Al鋁與鐵（Fe）發(fā)生金屬鍵合而生成合金3。 2剝除的涂膜和及氧化膜也與空氣一樣，會(huì)在Al鋁合金的塑性流動(dòng)作用下被驅(qū)離接合面。因此，涂膜、氧化膜、空氣不會(huì)影響接合強(qiáng)度。 3Fe和Al會(huì)生成變成Fe4Al13。 這就是Al鋁與Fe鐵發(fā)生金屬鍵合，鋁合金壓鑄件與大型鋼板沖壓件牢固接合，從而制成形成副車架的原理。據(jù)稱接合強(qiáng)度達(dá)到與MIG焊接的為同等以上水平。 將設(shè)備小型化后組入生產(chǎn)線 除了技術(shù)的實(shí)用化，本田還實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化。首先，將工具的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（FSW裝置）配備在“C”字形作業(yè)臂上。由下方的作業(yè)臂來承受從上方按壓工具的力。由于是C字形，因此可在作業(yè)臂內(nèi)消除負(fù)荷。這樣便無需配備可承受大負(fù)荷的大型設(shè)備。 本田將該C字形作業(yè)臂安裝在垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)械臂前端，用于工具的定位和移動(dòng)（圖3）。使用準(zhǔn)備兩臺(tái)這樣的裝置，從副車架兩側(cè)分別對(duì)各5個(gè)部位實(shí)施接合。接合距離左右合起來共計(jì)約710mm，接合時(shí)間與MIG焊接相同，約為3分鐘。圖3 小型接合設(shè)備在通